百度試驗(yàn)法制定異葉南洋杉木材干燥基準(zhǔn)

許勇業(yè)，何樂祖，陸 敏，黃寶榴，韋鵬練，符韻林*

(1.廣西壯族自治區(qū)南寧樹木園，南寧 530031；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004)

異葉南洋杉(Araucariaheteroophlla)也稱美麗南洋杉、諾福克南洋杉, 屬南洋杉科南洋杉屬常綠喬木，原產(chǎn)澳洲，既是主要用材樹種, 也是世界5大觀賞性樹種之一, 在我國(guó)廣東、福建等地均有引種栽培, 適應(yīng)性強(qiáng)，樹姿優(yōu)美, 是南方園林綠化的優(yōu)良樹種[1-3]。前人對(duì)異葉南洋杉研究主要集中在營(yíng)養(yǎng)繁殖技術(shù)、盆景培育與制作、植物葉揮發(fā)油化學(xué)成分、外植體預(yù)處理技術(shù)、物理力學(xué)性質(zhì)等方面[1-10]，木材干燥特性尚未見相關(guān)研究報(bào)道，而木材干燥是木材實(shí)木化加工利用的最重要前期工序之一，影響木材的加工利用與價(jià)值，因此我們采用百度試驗(yàn)法研究異葉南洋杉木材干燥特性，制定其預(yù)干燥基準(zhǔn)，以期為木材實(shí)木化加工利用提供參考，推動(dòng)異葉南洋杉木材生產(chǎn)高質(zhì)量木制品。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材采集于廣西南寧市樹木園異葉南洋杉種植示范基地。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[11]采集百度試驗(yàn)異葉南洋杉樣木共3株。采用常規(guī)方法解取試驗(yàn)測(cè)定所需的弦切板、徑切板、中心板并整理和截取無(wú)缺陷的標(biāo)準(zhǔn)試件[12]，用于評(píng)定木材的干燥特性等級(jí)。弦切板試件含水率滿足百度試驗(yàn)法要求[13]。

1.2 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用百度試驗(yàn)法，并按常規(guī)方法進(jìn)行干燥試驗(yàn)，確定異葉南洋杉木材的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形及干燥速度缺陷等級(jí)，繪制異葉南洋杉木材干燥過(guò)程的含水率變化曲線，處理數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)各干燥速度特性，編制異葉南洋杉木材干燥基準(zhǔn)[12-13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥特性分析

2.1.1 初期開裂 木材初期開裂產(chǎn)生的主要原因是木材內(nèi)層與表層收縮不均勻而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力[14]。百度試驗(yàn)表明，異葉南洋杉木材的初期開裂程度達(dá)到3級(jí)，主要表現(xiàn)為端裂、端表裂和表裂。試件放入烘箱干燥0.5 h后取出進(jìn)行第1次觀測(cè)的全部試件均未出現(xiàn)開裂；干燥1 h后進(jìn)行第2次觀測(cè)的6塊弦切板試件均出現(xiàn)短細(xì)端裂和端表裂，其中1塊試件出現(xiàn)短細(xì)表裂；干燥至3 h，大部分試件的端裂和端表裂均達(dá)到最大值，2個(gè)試件出現(xiàn)表裂；3 h后，所有試件都出現(xiàn)了端裂和端表裂，且試件的裂紋數(shù)量快速發(fā)展。初期開裂在干燥到3～4 h時(shí)達(dá)到最嚴(yán)重；當(dāng)干燥進(jìn)行到10 h后，全部試件的裂紋已全部愈合，裂紋不再發(fā)生變化。根據(jù)各干燥缺陷和其干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，異葉南洋杉木材的初期開裂等級(jí)為3級(jí)。

2.1.2 內(nèi)部開裂 干燥過(guò)程中，由于試件表層至內(nèi)層的溫度及含水率差異很大，產(chǎn)生的表面硬化和干燥應(yīng)力是引起內(nèi)部開裂的主要原因[15]。干燥結(jié)束后，所有異葉南洋杉木材試件都沒有內(nèi)裂，根據(jù)干燥缺陷和干燥速度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，評(píng)定異葉南洋杉木材的內(nèi)部開裂等級(jí)為1級(jí)。

2.1.3 截面變形 木材表層與內(nèi)層的水分在干燥過(guò)程中蒸發(fā)速率不同，容易引起試件的截面收縮差異而發(fā)生變形[16]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，異葉南洋杉木材截面變形情況較輕，變形范圍為0.35～2.68 mm，平均值為1.05 mm；截面變形等級(jí)為2級(jí)。

2.1.4 扭曲變形 由于木材各向異性，及干燥時(shí)不同方向的干縮差異性，在干燥過(guò)程中，木材容易產(chǎn)生扭曲變形，即順彎、瓦彎、橫彎等[17-18]。試驗(yàn)結(jié)果表明，異葉南洋杉木材的扭曲程度較為嚴(yán)重，范圍為0.6～8.0 mm，平均值為4.19 mm，評(píng)定為3級(jí)；瓦彎值介于0.4～6.0 mm之間，平均值為2.25 mm；順彎介于0～3.0 mm之間，平均值為0.85 mm；橫彎值介于0～2.15 mm之間，平均值為0.75 mm。

2.1.5 干燥速度 異葉南洋杉木材在百度試驗(yàn)干燥過(guò)程中含水率的變化曲線如圖1。經(jīng)計(jì)算，10塊弦切板從含水率30%干燥至5%所需時(shí)間平均為12.3 h，平均干燥速度為2.0%·h-1，等級(jí)為2級(jí)(表2)，干燥速率較快。

圖1 含水率變化曲線

表1 百度試驗(yàn)干燥速度

2.1.6 異葉南洋杉木材的干燥缺陷等級(jí) 根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，異葉南洋杉干燥各缺陷等級(jí)如表2，綜合缺陷等級(jí)為3。

表2 異葉南洋杉木材試件缺陷等級(jí)

2.2 異葉南洋杉木材干燥基準(zhǔn)

通過(guò)試驗(yàn)確定異葉南洋杉木材的初期開裂、截面變形和內(nèi)裂缺陷等級(jí)，結(jié)合干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件[14]，獲得異葉南洋杉木材各缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件(表3)，從表3中選出各條件的最低值作為該木材預(yù)干燥基準(zhǔn)的基本條件。

表3 試件初步干燥條件

根據(jù)表3確定異葉南洋杉木材25～30 mm厚鋸材的干燥條件為：初期溫度60 ℃，初期干濕球溫差3～4 ℃，末期溫度90 ℃。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，異葉南洋杉木材的初期開裂和扭曲變形較為嚴(yán)重。因此，異葉南洋杉木材干燥時(shí)，降低初期干濕球溫度差，緩慢升溫，能有效減輕初期開裂缺陷，提高干燥質(zhì)量。初期開裂大部分出現(xiàn)在試驗(yàn)進(jìn)行到第3～4 h，當(dāng)干燥至含水率約為31%時(shí)開裂情況趨于穩(wěn)定；試件含水率在60%以上時(shí)，分別設(shè)置干球溫度和干濕球溫度差應(yīng)為60、3 ℃；試件干燥至含水率60%～40%時(shí)，干球溫度和干濕球溫度差分別設(shè)置應(yīng)為65、3 ℃。經(jīng)計(jì)算，所有試件平均初含水率為58.0%，查含水率與干濕球溫度差關(guān)系表[15]，編制得異葉南洋杉25～30 mm厚鋸材的預(yù)干燥基準(zhǔn)；一般家具用材多為鋸材，因此制定異葉南洋杉25～30 mm厚鋸材的預(yù)干燥基準(zhǔn)，再結(jié)合本干燥試驗(yàn)共用時(shí)52 h、初期干濕球溫度差為3～4 ℃，查干燥時(shí)間估算圖，可估算異葉南洋杉25～30 mm厚鋸材的實(shí)際干燥時(shí)間為7 d(表4)。這一干燥基準(zhǔn)只是根據(jù)百度試驗(yàn)法得出的理論基準(zhǔn)，需經(jīng)過(guò)小試或中試對(duì)此基準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化后才能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

表4 異葉南洋杉木材(25～30 mm)干燥基準(zhǔn)

3 結(jié)論與討論

百度試驗(yàn)結(jié)果表明，異葉南洋杉木材的初期開裂比較嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為端裂、端表裂及表裂。

根據(jù)木材干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]評(píng)定，異葉南洋杉木材的初期開裂為3級(jí)；在干燥試驗(yàn)結(jié)束后，所有木材試件均沒有產(chǎn)生內(nèi)裂，異葉南洋杉木材的內(nèi)裂等級(jí)為1級(jí)；截面變形較輕，綜合評(píng)定其等級(jí)為2級(jí)；異葉南洋杉木材的扭曲程度較為嚴(yán)重，等級(jí)為3級(jí)。根據(jù)各干燥缺陷等級(jí)評(píng)定，制定25～30 mm厚異葉南洋杉木材的預(yù)干燥基準(zhǔn)。綜合異葉南洋杉木材的干燥缺陷，其木材初期開裂和扭曲等級(jí)均較高，因此，進(jìn)行25～30 mm厚異葉南洋杉鋸材干燥時(shí)，應(yīng)降低干濕球溫度差和初期干燥溫度，能有效減少初期開裂等缺陷，可通過(guò)壓重法減少其木材扭曲變形的缺陷，提高干燥質(zhì)量。